1概述

隨著現(xiàn)代通信設(shè)備的迅速發(fā)展,特別是微電子技術(shù)的發(fā)展,伴隨著各種電源的發(fā)展,各種各樣的pWM型直流變換器集成控制器也不斷出現(xiàn),這使開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的元件數(shù)量大幅度減少。這不但使開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的可靠性提高,而且還能簡(jiǎn)化開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)計(jì)算,使開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源更便于生產(chǎn)和維護(hù)。

本文針對(duì)當(dāng)今比較流行的一款電源控制器ＰＷＭ芯片進(jìn)行了分析。2工作原理芯片的原理框圖如圖1。內(nèi)部電路重要由10部分組成：振蕩器、pWM比較器、限流比較器、過(guò)流比較器、基準(zhǔn)電壓源、故障所存器、欠壓?jiǎn)?dòng)電路、欠壓鎖定、pWM鎖存器和輸出驅(qū)動(dòng)器。

2.1振蕩器芯片工作時(shí)，振蕩器為電路供應(yīng)方波，是電路最關(guān)鍵的一部分電路。方波的出現(xiàn)由鋸齒波輸入比較器得出，鋸齒波上升沿的斜率由Rt和Ct決定，確定Rt和Ct的方法是：首先根據(jù)求得的最大占空比Dmax選擇RtRt，再根據(jù)要求的頻率以及Rt和Dmax選擇Ct。計(jì)算公式為Rt=3V/[（10mA）（1－Dmax）]Ct＝1.6Dmax/(RtF)Rt的最佳值應(yīng)為1Ω到10kΩ；Dmax應(yīng)小于70%。圖2是Rt和Ct與頻率f的關(guān)系。2.2上升沿封鎖本芯片采用固定頻率脈寬調(diào)制，兩個(gè)輸出端可同時(shí)輸出脈沖，輸出脈沖的頻率與振蕩器頻率相等，脈沖占空比可在0到100%內(nèi)調(diào)整。兩個(gè)輸出端交替輸出脈沖。為了限制最大占空比，在振蕩器放電期間，內(nèi)部時(shí)鐘脈沖對(duì)兩路輸出進(jìn)行封鎖。在時(shí)鐘的下降沿，輸出端為高電平。輸出脈沖的下降沿由脈寬調(diào)制比較器，限流比較器和過(guò)流比較器聯(lián)合控制。通常，脈寬調(diào)制比較器檢測(cè)出斜波電壓與控制電壓的交點(diǎn)，并且在該交點(diǎn)處終止輸出脈沖。因?yàn)椴捎昧松仙胤怄i，在脈沖前沿的一按時(shí)間內(nèi)，脈寬調(diào)制比較器不起用途。這樣，開(kāi)關(guān)電源的固有噪聲就能被有效地控制。同時(shí)由于采用了輸出脈沖上升沿封鎖，脈寬調(diào)制器的斜波輸入就不要再經(jīng)過(guò)濾波。上升沿封鎖也是用于限流比較器。上升沿封鎖之后，假如限流（1LIM）腳的電壓超過(guò)1Ｖ，輸出脈沖就終止。但是，過(guò)流比較器不能采用前沿封鎖，這樣，就不會(huì)因?yàn)榍把胤怄i而延長(zhǎng)保護(hù)時(shí)間，從而可以及時(shí)捕捉過(guò)流故障。在任何時(shí)間，只要限流（1LIM）腳的電壓超過(guò)1.2V，故障閉鎖就起用途，從而使輸出端變?yōu)榈碗娖健?.3欠壓鎖定、軟啟動(dòng)以及故障處理軟啟動(dòng)是通過(guò)軟啟動(dòng)（SOFTSTART）腳的外接電容實(shí)現(xiàn)的。接通電源后，軟啟動(dòng)腳外接電容放電，該腳處于低電平，誤差放大器輸出低電平，開(kāi)關(guān)電源無(wú)輸出電壓。啟動(dòng)腳外接電容充電時(shí)，誤差放大器輸出電壓逐漸升高，直到閉環(huán)調(diào)節(jié)功能開(kāi)始工作，開(kāi)關(guān)電源輸出電壓逐漸升高到額定值。一旦電流（1LIM）腳的電平超過(guò)1.2V，故障鎖存置位輸出腳變?yōu)榈碗娖剑瑫r(shí)，軟啟動(dòng)腳外接電容以250A的電流放電。在軟啟動(dòng)電容放電以后，限流腳電平降到1.2V以下時(shí)，故障鎖存器就不再輸出脈沖，這時(shí)，故障鎖存器復(fù)位，芯片開(kāi)始軟啟動(dòng)過(guò)程。在軟啟動(dòng)期間，萬(wàn)一故障鎖存器置位，輸出會(huì)立即終止。但是軟啟動(dòng)腳外接電容在充足電之前不會(huì)放電。這樣，在故障持續(xù)出現(xiàn)的情況下，輸出就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)間斷期。2.4電流輸出電路芯片推拉式輸出電路的每個(gè)輸出端都可輸出峰值為2A的電流。該輸出電流在20ns內(nèi)可使1000pF電容兩端的電壓上升15V。采用獨(dú)立的集電極電源和功率地線腳，能夠減小大功率門(mén)極驅(qū)動(dòng)噪聲對(duì)集成電路內(nèi)模擬電路的干擾。每個(gè)輸出端（OUT）到集電極電源和地線之間都應(yīng)加入一只3A的肖特基二極管，該二極管可以將輸出電壓的幅值鉗位在電源電壓。這關(guān)于任何電感性和電容性負(fù)載都有必要。應(yīng)當(dāng)指出，該芯片采用的二極管不是一般的二極管，而是肖特基二極管，因?yàn)橐蠖O管的壓降很低，大部分3A肖特基二極管均可以滿足這一要求。3振蕩器電路及分析這部分的具體電路如圖3。本電路重要是實(shí)現(xiàn)振蕩器的功能。振蕩器在開(kāi)始工作時(shí),out2的電壓為零，左邊是由三個(gè)三極管Q6、Q7、Q8組成的恒流源,對(duì)其外接電容Ct充電。此時(shí)out2的電位開(kāi)始上升，out2的電位與Q4的基極的電位進(jìn)行比較。假如out2的電位高，則Q4截止，out1輸出的方波為高電位,此時(shí)Q12管的基極電位也升高到足夠讓Q12管開(kāi)始導(dǎo)通,并對(duì)Ct電容開(kāi)始放電；假如out2的電位低于Q4管的基極電位，則Q4管導(dǎo)通，此時(shí)out1輸出為低電位，Q12管的基極電位比較低，Q12管截止,不對(duì)Ct放電；Q6、Q7、Q8管組成的恒流源繼續(xù)對(duì)電容Ct充電,out2的電位繼續(xù)升高,最終使電位高于Q4基極電位。out1的電位輸出為高電平，Q12管導(dǎo)通并截止對(duì)Ct的充放電，使得在out2處出現(xiàn)鋸齒波,out1處輸出方波。本文使用pSpICE軟件對(duì)電路進(jìn)行模擬分析時(shí)出現(xiàn)的波形如圖4。